Фармакология взаимодействия регуляторных пептидных систем головного мозга в механизмах подкрепления

1.      Полученные нами результаты с использованием [D-Lys3]-GHRP-6 согласуются с литературными данными. Грелин увеличивает потребление пищи, активируя гипоталамус, ствол мозга и систему подкрепления. Определение обратных связей механизма подкрепления как ключевой функции грелина привело к пониманию его роли в аддикции. Системное введение антагониста GHS-R1A ослабляет подкрепляющие свойства амфетамина и кокаина. Ограничение потребления пищи, вызывающее повышение уровня грелина, также увеличивает и вызванную амфетамином и кокаином локомоторную активность, усиливает поведение поиска кокаина и повышает самовведение кокаина и амфетамина у крыс. В экспериментах с применением антагонистов GHS-R1A у крыс было показано снижение подкрепляющих свойств этанола, которые трактовали по изменению обмена дофамина в прилежащем ядре, локомоторному поведению в актометре и выработке УРПМ. Введение грелина (внутрижелудочковое или локальное в латеродорзальную или вентральную область покрышки) повышает потребление алкоголя у мышей. Действие грелина у грызунов, которые потребляли алкоголь, наиболее выражено, так как введение грелина крысам, не потреблявшим ранее алкоголь, незначительно повышает его потребление. Таким образом, грелин и его рецепторы GHS-R1A могут включаться в регуляцию потребления и поиска подкрепляющих агентов среды (Perello M., et al., 2010).

При исследовани эффектов введения антагониста рецепторов КРГ астрессина в желудочки мозга на подкрепляющие свойств фенамина нами показано, что

астрессин при одиночном применении и введении внутрижелудочково во всех трех дозах достоверно снижал число нажатий на педаль в отличие от антагонистов орексина и антагониста грелина. При введении антагониста кортиколиберина в дозе 1мкг (в/ж) с фенамином (1мг/кг, в/б), наблюдалось снижение эффектов фенамина. Так число нажатий на педаль за 10 минут, относительно показателей фенамина (1мг/кг, в/б), снижается со 132% до 117%, а пороги самостимуляции снижаются со 85,9% до 80%. При введении антагониста кортиколиберина в дозе 10мкг (в/ж) с фенамином (1мг/кг, в/б), также наблюдается снижение эффектов фенамина. Число нажатий на педаль за 10 минут, относительно показателей фенамина (1мг/кг, в/б), снижается со 132% до 106%, а пороги самостимуляции не изменяются. При введении антагониста кортиколиберина в дозе 0,1мкг (в/ж) с фенамином (1мг/кг, в/б), эффект фенамина достоверно не меняется. Таким образом , антагонист КРГ астрессин при внутрижелудочковом введении снижает подкрепляющие свойства электрической стимуляции латерального гипоталамкса. Кроме того, астрессин дозозависимо снижает эффекты фенамина на самостимуляцию.

В опытах влияния препаратов на выработку УРПМ фенамина астрессин при введении внутрижелудочково в дозе 1мкг (в/ж) время нахождения в отсеке с введением препаратов, относительно показателей отдельно фенамина (1мг/кг, в/б), снижалось с 424,6с до 351с, а число переходов из отсека в отсек увеличилось с 7 до 9. При введении антагониста кортиколиберина в дозе 10мкг (в/ж) совместно с фенамином (1мг/кг, в/б) время нахождения в отсеке с введением препаратов, относительно показателей фенамина (1мг/кг, в/б), снижалось с 424,6с до 328с, а число переходов из отсека в отсек увеличилось с 7 до 12. При введении антагониста кортиколиберина в дозе 0,1мкг (в/ж) совместно с фенамином (1мг/кг, в/б) время нахождения в отсеке с введением препаратов, относительно показателей фенамина (1мг/кг, в/б), снижалось с 424,6с до 398с не достоверно, а число переходов из отсека в отсек увеличилось с 7 до 10.В опытах с влиянием препаратов на экспрессию УРПМ фенамина астрессин при введении внутрижелудочково в дозе 1мкг (в/ж) снижал время нахождения в отсеке с введением препаратов, относительно показателей отдельно фенамина (1мг/кг, в/б), с 424,6с до 340с, а число переходов из отсека в отсек увеличилось с 7 до 9. При введении антагониста кортиколиберина в дозе 10мкг (в/ж) в этих условиях время нахождения в отсеке с введением препаратов, относительно показателей отдельно фенамина (1мг/кг, в/б), снижалось с 424,6с до 319с, число переходов из отсека в отсек при этом снизилось с 7 до 5. При введении антагониста кортиколиберина в дозе 0,1мкг (в/ж) совместно с фенамином (1мг/кг, в/б) время нахождения в отсеке с введением препаратов, относительно показателей фенамина (1мг/кг, в/б), снижалось с 424,6с до 388с не достоверно, число переходов из отсека в отсек снизилось до 5. При этом астрессин в трех дозах самостоятельно достоверно не изменял показатели исследования. Таким образом, антагонист КРГ астрессин при внутрижелудочковом введении снижает условные подкрепляющие подкрепляющие свойства фенамина в дозах 1 и 10 мкг. В то же время, астрессин сам по себе не вызывает УРПМ.

Полученные нами результаты с использованием антагониста КРГ согласуются с литературными данными. Острая отмена алкоголя приводит к активации центральных механизмов стресса, в частности, системы кортиколиберина (кортикотропин-рилизинг гормона – КРГ), с которыми во многом связывают негативную эмоциональную настроенность пациента (Weissetal., 2001; Koob, 1999, 2003). Результатом этой активации становится повышенная вероятность развития достаточно тяжелых эмоциональных расстройств, каковыми являются тревожное и депрессивное состояния (Nemeroff, 1992; Adamec, 1997; Stam, 2000). Помимо активации системы КРГ алкоголь повышает высвобождение адренокортикотропного гормона (АКТГ) и глюкокортикоидов (кортизола и кортикостерона) посредством механизма, связанного с активацией рецепторов КРГ в мозгу (Wilkinsetal., 1982; Seyleretal., 1984; Sarnyaietal., 2001). Известно, что активация гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы потенцирует подкрепляющие эффекты психоактивных веществ, облегчая мозговую самостимуляцию и самовведение таких субстанций (Piazza, LeMoal, 1998; Лебедев А.А., 2002; Goeders, 2003; Мещеров Ш.К., 2004; Шабанов П.Д. и др., 2002, 2004, 2006). Кроме того, стрессогенные факторы могут сенситизировать экстрагипоталамическую КРГ-систему, которая сама по себе потенцирует подкрепляющие эффекты психоактивных веществ (Coleetal., 1990; Cadoretal., 1993; Stametal., 2000; Bruijnzeeletal., 2001). Поэтому изучение значения центральных механизмов стресса для развития алкогольной зависимости представляется крайне важным. Таким образом, имеются прямые доказательства участия рецепторов КРГ и всей кортиколибериновой системы в механизмах аддикции, вызываемых психостимуляторами, опиатами, гипноседативными средствами и гваллюциногенами (Sarnyaietal., 2001; Koob, 2003; Bruijnzeel, Gold, 2005).

В исследованиях по действию антагониста КРГ астрессина на первичные подкрепляющие эффекты грелина и орексина нами показано, что при введении орексина(1мкг, в/ж) происходило повышение числа нажатий на педаль самостимуляции латерального гипоталамуса на 17%, при этом пороги самостимуляции повышались на 15%. При введении орексина(10мкг, в/ж) происходило повышение числа нажатий на педаль животными на 20%, при этом пороги самостимуляции повышались на 6%. При введении грелина(1мкг, в/ж) происходило повышение числа нажатий на педаль животными на 13%, а пороги самостимуляции снизились на 6%. При введении грелина(10мкг, в/ж) происходило повышение числа нажатий на педаль животными на 18%, а пороги самостимуляции достоверно не изменялись. При введении астрессина(1мкг, в/ж) происходило резкое снижение числа нажатий на педаль животными на 27%, при этом пороги самостимуляции повышались на 17%. При введении астрессина(10мкг, в/ж) происходило резкое снижение числа нажатий на педаль животными на 34%, при этом пороги самостимуляции повышались на 39%. При введении комбинации препаратов астрессина(1мкг, в/ж) и грелина(1мкг, в/ж) происходило снижение числа нажатий на педаль животными на 15%, при этом пороги самостимуляции достоверно не изменялись. При введении комбинации препаратов астрессина(10мкг, в/ж) и грелина(10мкг, в/ж) происходило снижение числа нажатий на педаль животными на 26%, при этом пороги самостимуляции повышались на 15%. При введении комбинации препаратов астрессина (1мкг, в/ж) и орексина (1мкг, в/ж) происходило снижение числа нажатий на педаль животными на 10%, при этом пороги самостимуляции достоверно не изменялись. При введении комбинации препаратов астрессина (10мкг, в/ж) и орексина (10мкг, в/ж) происходило снижение числа нажатий на педаль животными на 18%, а пороги самостимуляции повышались на 24%. В опытах введения препаратов орексина, грелина и астрессина, а также их комбинаций в дозах по 0,1мкг внутрижелудочково результаты самостимуляции достоверно не менялись. Таким образом, орекин (1, 10 мкг) и грелин (1, 10 мкг) активируют положительную систему подкрепления при самостимуляции латерального гипоталамуса, повышая подкрепляющие свойства самостимуляции. Антагонист рецепторов КРГ астрессин полностью блокировал эффекты как грелина, так и орексина на самостимуляцию, и даже вызывал ее снижение.

В опытах влияния препаратов на условное предпочтение места астрессин, при введении внутрижелудочково в трех дозах достоверно не изменяли время нахождения в отсеке с введением препаратов (показать в тексте отдельные таблицы). В опытах на выработку УРПМ грелина (1мкг, в/ж) при введении астрессина (1мкг, в/ж) время нахождения в отсеке с введением препаратов, относительно показателей отдельно грелина снижалось с 358 с до 321с, а число переходов из отсека в отсек достоверно не изменялось. При введении комбинации препаратов астрессина (10мкг, в/ж) и грелина (10мкг, в/ж) время нахождения в отсеке с введением препаратов, относительно показателей отдельно грелина, достоверно не изменялось, а число переходов из отсека в отсек снизилось с 9 до 6. При введении комбинации препаратов астрессина(1мкг, в/ж) и орексина(1мкг, в/ж) время нахождения в отсеке с введением препаратов, относительно показателей отдельно орексина, снижалось с 342с до 308с, число переходов из отсека в отсек при этом достоверно не изменялось. При введении комбинации препаратов астрессина (10мкг, в/ж) и орексина (10мкг, в/ж) время нахождения в отсеке с введением препаратов, относительно показателей отдельно орексина, так же достоверно не изменялось, число переходов из отсека в отсек при этом снизилось с 10 до 8. В опытах с влиянием препаратов на экспрессию выработанного предпочтения места грелина (1мкг, в/ж) при введении астрессина время нахождения в отсеке с введением препаратов, относительно показателей отдельно грелина, снижалось не достоверно с 334с до 321с, а число переходов из отсека в отсек снизолось с 10 до 7. При введении астрессина (10мкг, в/ж) время нахождения в отсеке с введением грелина (10мкг, в/ж) и число переходов из отсека в отсек, относительно показателей отдельно грелина, достоверно не изменялось. При введении астрессина (1мкг, в/ж) и время нахождения в отсеке с введением орексина (1мкг, в/ж), относительно показателей отдельно орексина, снижалось не достоверно с 381с до 368с, число переходов из отсека в отсек при этом увеличилось с 6 до 12. При введении астрессина (10мкг, в/ж) время нахождения в отсеке с введением орексина (10мкг, в/ж), относительно показателей отдельно орексина, снижалось не достоверно с 360с до 345с, число переходов из отсека в отсек при этом снизилось с 10 до 7. В опытах влияния препаратов на выработку предпочтения места и экспрессию выработанного предпочтения места при введении астрессина (0,1мкг, в/ж), комбинации препаратов астрессина (0,1мкг, в/ж) и грелина (0,1мкг, в/ж), а также комбинации астрессина (0,1мкг, в/ж) и орексина (0,1мкг, в/ж) эффекты достоверно не изменялись. Таким образом, орекин (1мкг и 10мкг) и грелин (1мкг и 10мкг) вызывают УРПМ при внутрижелудочковом введении. Антагонист рецепторов КРГ астрессин (1мкг, в/ж) блокировал выработку и экспрессию выработанной УРПМ как грелина (1мкг, в/ж), так и орексина (1мкг, в/ж).

Полученные нами данные по снижению подкрепляющих эффектов исследованных веществ пептидной природы (грелина и орексина) при введении неселективного антагониста рецепторов КРГ астрессина согласуется с литературными данными. Некоторые факты говорят о том, что орексин-продуцирующие нейроны являются частью системы, которая обеспечивает ответную реакцию гипоталамуса и соответственно гипофиза на острый стресс. В частности, вызванное стрессом возобновление поискового поведения в отношении пищи и наркотиков, может быть заблокировано антагонистами рецепторов орексина (Boutrel B., DeLecea L., 2008). Исследования показали, что орексин участвует в кокаиновой зависимости, действия на NMDA рецепторы в вентральной области покрышки, а активация орексиновых нейронов может инициировать аддиктивное поведение с помощью процессов сенситизации или модуляции системы награды мозга. Орексинергические клетки, вместе с системой стресса могут участвовать в возобновлении употребления наркотиков (Boutrel B., DeLecea L., 2008).

Орексиновые нейроны получают сигналы от нейронов, пренадлежащих к системе стресса. КРГ-содержащие терминали формируют синапсы на орексиновых нейронах (Winsky-Sommerer R., et al., 2004). Исследования показали, что КРГ непосредственно деполяризируют орексинергические клетки. Астрессин, антагонист кортиколибериновых рецепторов блокирует КРГ-индуцированную деполяризацию. Таким образом, орексиновая система может быть компонентом центрального ответа на острый стресс, который вызывает активацию КРГ (Winsky-Sommerer R., et al., 2004).

Тесная связь между стрессом и зависимостью хорошо изучена, и, как было отмечено в обзоре литературы, расширенная миндалина рассматривается, как система, играющая ключевую роль во взаимодействии между негативными и позитивными эффектами, связанными с наркотической зависимостью (Kalivas P.W., McFarland K., 2003, KoobG.F., et al.,1998, 1999).

Интересно, что орексинергическая система проецируется на все основные компоненты расширенной миндалины, а именно центральную миндалину, прилежащее ядро и ядро ложа конечной полоски. Орексин функционирует в качестве компонента ГАМК-ергической модуляции мезолимбической дофаминергической системы (Korotkova T.M., et al., 2002, Martin G., et al., 2002, Fadel J., Deutch A.Y., 2002). Эта пептидергическая система соответствует всем нейроанатомическим и функциональным критериям для модуляции взаимодействия, которое регулирует положительные и отрицательные подкрепляющие эффекты злоупотребления наркотиками (Boutrel B., deLecea L., 2008).

Ряд данных позволяют сделать выводы, что орексин учавствует в модуляции подкрепляющей системы мозга. Прежде всего, эксперименты с внутримозговой самостимуляцией доказали важную роль латерального гипоталамуса в подкреплении (Olds J., Milner P., 1954, Anand B.K, Brobeck J.R., 1951), зоне синтеза орексина. Тесное взаимодействие между кортиколибериновой и орексиновой системами во многом определяет функцию орексиновых нейронов в головном мозге, прежде всего как ключевую систему в интеграции эмоциональных стимулов (Winsky-Sommerer R., et al., 2004, Ida T., et al., 2000, Stricker-Krongrad A., Beck B., 2002). Орексин не вызывает стимуляцию потребления кокаина у крыс, а внутрижелудочковое введение КРГ ведет к дозозависимому возобновление уже угашенной кокаиновой зависимости (Boutrel B., DeLecea L., 2008).

Орексин во взаимодействии с КРГ, может способствовать повышению высвобождения глутамата, который в конечном счете активирует мотивационную систему мозга, включающую катехоламины. По-видимому, орексиновая система может активироваться вследствие хронической наркотической интоксикации (Boutrel B., DeLecea L., 2008). Поэтому орексиновая система может играть важную роль в регуляции механизмов подкрепления и стресса, и орексин может быть использован в терапии аддиктивного поведения (Boutrel B., DeLecea L., 2008).

Было показано, что орексиновая система действительно является важным компонентом реакции на стресс, которая опосредуется КРГ. КРГ-иммунореактивные терминали, как оказалось, имеют прямой контакт с орексиновыми нейронами в латеральном гипоталамусе. При этом орексинергические нейроны взаимодействуют с CRF-R2/1 рецепторами кортиколиберина. Нанесение КРГ на гипоталамические срезы, содержащие орексиновые нейроны, вызывает деполяризацию мембранного потенциала. Последняя может быть заблокирована антагонистом КРГ астрессином, т.е. данные исследования показывают прямую нейроанатомическую и физиологическую связь между системой кортиколиберина и орексиновыми нейронами (Winsky-Sommerer R., et al., 2004).

Это положение подтверждается исследованиями insitu, что экспрессия препроорексиновой мРНК ограничена областью латерального гипоталамуса с расширением на перифорникальное ядро и на заднюю гипоталамическую область. Экспрессия препроорексиновой мРНК в латеральной гипоталамической области снизилась на 50% после адреналэктомии. Введение дексаметазона восстанавливало нормальный уровень экспрессии. Эти исследования говорят о том, что экспрессия орексина в латеральном гипоталамусе непосредственно связана с уровнем глюкокортикоидов. Поскольку орексиновая система тесно связана с кортиколиберином и нейропептидом Y, сделано предположение, что орексин выполняет важную функцию в реакции на стресс и пищевом поведении (Stricker-Krongrad A., Beck B., 2002).

Было показано, что уровень кортикостерона дозозависимо повышался через 15 мин после внутрижелудочкового введения орексина и сохранялся около 60 минут. У двух месячных крыс 1 час иммобилизационного стресса повышал уровень орексиновой мРНК, но не мРНК мелано-цитстимулирующего гормона (MCH), в латеральной гипоталамической области. У 6-месячных грызунов холодовой стресс в течение 30 мин повышал экспрессию орексиновой мРНК в латеральной гипоталамической области. Эти результаты свидетельствуют о том, что КРГ учавствует в орексин-индуцированном поведении, и что орексин может играть важную роль в некоторых стрессовых реакциях (Ida T., et al., 2000).

Другой пептид, рассматриваемый в нашей работе, грелин, не менее связан с системой КРГ в головном мозге. Первично грелин в качестве гормона, как было отмечено обзоре литературы, выделяется в желудке и регулирует потребление пищи, также выполняет нейроэндокринную функцию путем воздействия на рецепторы GHSR (Kojima M, et al., 1999 ). Исследования показали ключевую роль грелина в физиологической реакции мозга на стресс, поскольку одна из возможных мишеней грелина в стрессорной реакции – это КРГ-продуцирующие нейроны паравентрикулярного ядра гипоталамуса (Patterson Z.R. et al., 2010). В частности, был описан механизм, по которому грелин активирует кортиколибериновые нейроны у мышей. Периферическое или внутрижелудочковое введение грелина значительно активирует c-fos- маркер клеточной активации в КРГ-продуцирующих нейронах. Кроме того, грелин повышал экспрессию гена КРГ в паравентрикулярном ядре гипоталамуса (Cabral A. Et al., 2012). Существует мнение о родстве между грелином и кортиколиберином, поскольку грелиновые рецепторы были найдены в паравентрикулярном ядре- основном источнике кортиколиберина и в ядре Вестфаля – Эдингера (Якубовича) – место экспрессии урокортина (YolandaDiz-Chaves, 2011).

Грелин плазмы повышается в ответ на стресс, вызванный острой или хронической нехваткой калорий в пище (Perello M., et al., 2011). Грелин также повышался в ответ на разные формы острого и хронического психологического стресса (Asakawa A., et al., 2001). Нокаутные мыши по гену GHSR были не способны в той же степени реагировать на стресс, как интактные животные (Patterson Z.R., et al., 2010, Lutter M., et al., 2008). Возможный механизм взаимодействия грелиновой и кортиколибериновой систем может включать активацию гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы (ГГНС), которая является одной из точек приложения грелина в мозге (Smith S.M., et al., 2006; Wren A.M., et al., 2002, Mozid A.M., et al., 2003). Грелин стимулирует экспрессию мРНК КРГ в гипоталамусе и повышает уровень АКТГ и глюкокортикоидов в плазме у грызунов (Wren A.M., et al., 2002, Stevanovic D., et al., 2007). Исследования показали, что периферическое и центральное введение грелина активирует кортиколибериновые нейроны и, как следствие, ГГНС (Cabral A. Et al., 2012).

Активация ГГНС-это возможный механизм, через который грелин регулирует некоторые физиологические процессы. Активация этой системы может быть важна, когда грелин играет роль защиты против депрессивных симптомов при хроническом стрессе (Tung Y.L., et al., 2004). В опытах на мышах было показано, что у особей с генным нокаутом рецепторов GHSR социальная изоляция происходила быстрее. Грелиновое воздействие на ГГНС это один из физиологических механизмов, по которому грелин помогает животным адекватно реагировать на стрессовые ситуации (Chuang J.C., et al., 2011). Более того, центральное введение грелина вызывает гипертрофию и пролиферацию кортикотропных клеток (Wren A.M., et al., 2002). Таким образом, возможная роль центрально-образованного грелина- это модуляция КРГ-продуцирующих нейронов (Cabral A. Et al., 2012).